微积分学示例

$g (x) = (3 x^{5} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - 6 x^{- 1})$

解题步骤 1

使用乘积法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [f (x) g (x)]$ 等于 $f (x) \frac{d}{d x} [g (x)] + g (x) \frac{d}{d x} [f (x)]$ ，其中 $f (x) = 3 x^{5} - 7 e^{x}$ 且 $g (x) = 9 x^{4} - 6 x^{- 1}$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) \frac{d}{d x} [9 x^{4} - 6 x^{- 1}] + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) \frac{d}{d x} [3 x^{5} - 7 e^{x}]$

解题步骤 2

求微分。

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解题步骤 2.1

根据加法法则， $9 x^{4} - 6 x^{- 1}$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [9 x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 6 x^{- 1}]$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (\frac{d}{d x} [9 x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 6 x^{- 1}]) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) \frac{d}{d x} [3 x^{5} - 7 e^{x}]$

解题步骤 2.2

因为 $9$ 对于 $x$ 是常数，所以 $9 x^{4}$ 对 $x$ 的导数是 $9 \frac{d}{d x} [x^{4}]$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (9 \frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [- 6 x^{- 1}]) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) \frac{d}{d x} [3 x^{5} - 7 e^{x}]$

解题步骤 2.3

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 4$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (9 (4 x^{3}) + \frac{d}{d x} [- 6 x^{- 1}]) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) \frac{d}{d x} [3 x^{5} - 7 e^{x}]$

解题步骤 2.4

将 $4$ 乘以 $9$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + \frac{d}{d x} [- 6 x^{- 1}]) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) \frac{d}{d x} [3 x^{5} - 7 e^{x}]$

解题步骤 2.5

因为 $- 6$ 对于 $x$ 是常数，所以 $- 6 x^{- 1}$ 对 $x$ 的导数是 $- 6 \frac{d}{d x} [x^{- 1}]$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} - 6 \frac{d}{d x} [x^{- 1}]) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) \frac{d}{d x} [3 x^{5} - 7 e^{x}]$

解题步骤 2.6

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = - 1$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} - 6 (- x^{- 2})) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) \frac{d}{d x} [3 x^{5} - 7 e^{x}]$

解题步骤 2.7

将 $- 1$ 乘以 $- 6$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + 6 x^{- 2}) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) \frac{d}{d x} [3 x^{5} - 7 e^{x}]$

解题步骤 2.8

根据加法法则， $3 x^{5} - 7 e^{x}$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [3 x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 7 e^{x}]$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + 6 x^{- 2}) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) (\frac{d}{d x} [3 x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 7 e^{x}])$

解题步骤 2.9

因为 $3$ 对于 $x$ 是常数，所以 $3 x^{5}$ 对 $x$ 的导数是 $3 \frac{d}{d x} [x^{5}]$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + 6 x^{- 2}) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) (3 \frac{d}{d x} [x^{5}] + \frac{d}{d x} [- 7 e^{x}])$

解题步骤 2.10

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 5$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + 6 x^{- 2}) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) (3 (5 x^{4}) + \frac{d}{d x} [- 7 e^{x}])$

解题步骤 2.11

将 $5$ 乘以 $3$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + 6 x^{- 2}) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) (15 x^{4} + \frac{d}{d x} [- 7 e^{x}])$

解题步骤 2.12

因为 $- 7$ 对于 $x$ 是常数，所以 $- 7 e^{x}$ 对 $x$ 的导数是 $- 7 \frac{d}{d x} [e^{x}]$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + 6 x^{- 2}) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) (15 x^{4} - 7 \frac{d}{d x} [e^{x}])$

解题步骤 3

使用指数法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [a^{x}]$ 等于 $a^{x} \ln (a)$ ，其中 $a$ = $e$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + 6 x^{- 2}) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) (15 x^{4} - 7 e^{x})$

解题步骤 4

化简。

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解题步骤 4.1

使用负指数规则 $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ 重写表达式。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + 6 \frac{1}{x^{2}}) + (9 x^{4} - 6 x^{- 1}) (15 x^{4} - 7 e^{x})$

解题步骤 4.2

使用负指数规则 $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ 重写表达式。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + 6 \frac{1}{x^{2}}) + (9 x^{4} - 6 \frac{1}{x}) (15 x^{4} - 7 e^{x})$

解题步骤 4.3

合并项。

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解题步骤 4.3.1

组合 $6$ 和 $\frac{1}{x^{2}}$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + \frac{6}{x^{2}}) + (9 x^{4} - 6 \frac{1}{x}) (15 x^{4} - 7 e^{x})$

解题步骤 4.3.2

组合 $- 6$ 和 $\frac{1}{x}$ 。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + \frac{6}{x^{2}}) + (9 x^{4} + \frac{- 6}{x}) (15 x^{4} - 7 e^{x})$

解题步骤 4.3.3

将负号移到分数的前面。

$(3 x^{5} - 7 e^{x}) (36 x^{3} + \frac{6}{x^{2}}) + (9 x^{4} - \frac{6}{x}) (15 x^{4} - 7 e^{x})$

解题步骤 4.4

重新排序项。

$(36 x^{3} + \frac{6}{x^{2}}) (3 x^{5} - 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5

化简每一项。

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解题步骤 4.5.1

使用 FOIL 方法展开 $(36 x^{3} + \frac{6}{x^{2}}) (3 x^{5} - 7 e^{x})$ 。

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解题步骤 4.5.1.1

运用分配律。

$36 x^{3} (3 x^{5} - 7 e^{x}) + \frac{6}{x^{2}} (3 x^{5} - 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.1.2

运用分配律。

$36 x^{3} (3 x^{5}) + 36 x^{3} (- 7 e^{x}) + \frac{6}{x^{2}} (3 x^{5} - 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.1.3

运用分配律。

$36 x^{3} (3 x^{5}) + 36 x^{3} (- 7 e^{x}) + \frac{6}{x^{2}} (3 x^{5}) + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2

化简每一项。

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解题步骤 4.5.2.1

使用乘法的交换性质重写。

$36 \cdot 3 x^{3} x^{5} + 36 x^{3} (- 7 e^{x}) + \frac{6}{x^{2}} (3 x^{5}) + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.2

通过指数相加将 $x^{3}$ 乘以 $x^{5}$ 。

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解题步骤 4.5.2.2.1

移动 $x^{5}$ 。

$36 \cdot 3 (x^{5} x^{3}) + 36 x^{3} (- 7 e^{x}) + \frac{6}{x^{2}} (3 x^{5}) + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.2.2

使用幂法则 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ 合并指数。

$36 \cdot 3 x^{5 + 3} + 36 x^{3} (- 7 e^{x}) + \frac{6}{x^{2}} (3 x^{5}) + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.2.3

将 $5$ 和 $3$ 相加。

$36 \cdot 3 x^{8} + 36 x^{3} (- 7 e^{x}) + \frac{6}{x^{2}} (3 x^{5}) + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.3

将 $36$ 乘以 $3$ 。

$108 x^{8} + 36 x^{3} (- 7 e^{x}) + \frac{6}{x^{2}} (3 x^{5}) + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.4

使用乘法的交换性质重写。

$108 x^{8} + 36 \cdot - 7 x^{3} e^{x} + \frac{6}{x^{2}} (3 x^{5}) + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.5

将 $36$ 乘以 $- 7$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + \frac{6}{x^{2}} (3 x^{5}) + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.6

使用乘法的交换性质重写。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 3 \frac{6}{x^{2}} x^{5} + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.7

乘以 $3 \frac{6}{x^{2}}$ 。

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解题步骤 4.5.2.7.1

组合 $3$ 和 $\frac{6}{x^{2}}$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + \frac{3 \cdot 6}{x^{2}} x^{5} + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.7.2

将 $3$ 乘以 $6$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + \frac{18}{x^{2}} x^{5} + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.8

约去 $x^{2}$ 的公因数。

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解题步骤 4.5.2.8.1

从 $x^{5}$ 中分解出因数 $x^{2}$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + \frac{18}{x^{2}} (x^{2} x^{3}) + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.8.2

约去公因数。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + \frac{18}{x^{2}} (x^{2} x^{3}) + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.8.3

重写表达式。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} + \frac{6}{x^{2}} (- 7 e^{x}) + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.9

使用乘法的交换性质重写。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - 7 \frac{6}{x^{2}} e^{x} + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.10

乘以 $- 7 \frac{6}{x^{2}}$ 。

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解题步骤 4.5.2.10.1

组合 $- 7$ 和 $\frac{6}{x^{2}}$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} + \frac{- 7 \cdot 6}{x^{2}} e^{x} + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.10.2

将 $- 7$ 乘以 $6$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} + \frac{- 42}{x^{2}} e^{x} + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.11

将负号移到分数的前面。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42}{x^{2}} e^{x} + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.12

组合 $e^{x}$ 和 $\frac{42}{x^{2}}$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{e^{x} \cdot 42}{x^{2}} + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.2.13

将 $42$ 移到 $e^{x}$ 的左侧。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + (15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.3

使用 FOIL 方法展开 $(15 x^{4} - 7 e^{x}) (9 x^{4} - \frac{6}{x})$ 。

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解题步骤 4.5.3.1

运用分配律。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 15 x^{4} (9 x^{4} - \frac{6}{x}) - 7 e^{x} (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.3.2

运用分配律。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 15 x^{4} (9 x^{4}) + 15 x^{4} (- \frac{6}{x}) - 7 e^{x} (9 x^{4} - \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.3.3

运用分配律。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 15 x^{4} (9 x^{4}) + 15 x^{4} (- \frac{6}{x}) - 7 e^{x} (9 x^{4}) - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4

化简每一项。

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解题步骤 4.5.4.1

使用乘法的交换性质重写。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 15 \cdot 9 x^{4} x^{4} + 15 x^{4} (- \frac{6}{x}) - 7 e^{x} (9 x^{4}) - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.2

通过指数相加将 $x^{4}$ 乘以 $x^{4}$ 。

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解题步骤 4.5.4.2.1

移动 $x^{4}$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 15 \cdot 9 (x^{4} x^{4}) + 15 x^{4} (- \frac{6}{x}) - 7 e^{x} (9 x^{4}) - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.2.2

使用幂法则 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ 合并指数。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 15 \cdot 9 x^{4 + 4} + 15 x^{4} (- \frac{6}{x}) - 7 e^{x} (9 x^{4}) - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.2.3

将 $4$ 和 $4$ 相加。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 15 \cdot 9 x^{8} + 15 x^{4} (- \frac{6}{x}) - 7 e^{x} (9 x^{4}) - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.3

将 $15$ 乘以 $9$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} + 15 x^{4} (- \frac{6}{x}) - 7 e^{x} (9 x^{4}) - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.4

约去 $x$ 的公因数。

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解题步骤 4.5.4.4.1

将 $- \frac{6}{x}$ 中前置负号移到分子中。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} + 15 x^{4} \frac{- 6}{x} - 7 e^{x} (9 x^{4}) - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.4.2

从 $15 x^{4}$ 中分解出因数 $x$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} + x (15 x^{3}) \frac{- 6}{x} - 7 e^{x} (9 x^{4}) - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.4.3

约去公因数。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} + x (15 x^{3}) \frac{- 6}{x} - 7 e^{x} (9 x^{4}) - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.4.4

重写表达式。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} + 15 x^{3} \cdot - 6 - 7 e^{x} (9 x^{4}) - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.5

将 $- 6$ 乘以 $15$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} - 90 x^{3} - 7 e^{x} (9 x^{4}) - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.6

使用乘法的交换性质重写。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} - 90 x^{3} - 7 \cdot 9 e^{x} x^{4} - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.7

将 $- 7$ 乘以 $9$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} - 90 x^{3} - 63 e^{x} x^{4} - 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$

解题步骤 4.5.4.8

乘以 $- 7 e^{x} (- \frac{6}{x})$ 。

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解题步骤 4.5.4.8.1

将 $- 1$ 乘以 $- 7$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} - 90 x^{3} - 63 e^{x} x^{4} + 7 e^{x} \frac{6}{x}$

解题步骤 4.5.4.8.2

组合 $\frac{6}{x}$ 和 $7$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} - 90 x^{3} - 63 e^{x} x^{4} + \frac{6 \cdot 7}{x} e^{x}$

解题步骤 4.5.4.8.3

将 $6$ 乘以 $7$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} - 90 x^{3} - 63 e^{x} x^{4} + \frac{42}{x} e^{x}$

解题步骤 4.5.4.8.4

组合 $\frac{42}{x}$ 和 $e^{x}$ 。

$108 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} + 135 x^{8} - 90 x^{3} - 63 e^{x} x^{4} + \frac{42 e^{x}}{x}$

解题步骤 4.6

将 $108 x^{8}$ 和 $135 x^{8}$ 相加。

$243 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} + 18 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} - 90 x^{3} - 63 e^{x} x^{4} + \frac{42 e^{x}}{x}$

解题步骤 4.7

从 $18 x^{3}$ 中减去 $90 x^{3}$ 。

$243 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} - 72 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} - 63 e^{x} x^{4} + \frac{42 e^{x}}{x}$

解题步骤 4.8

将 $243 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} - 72 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} - 63 e^{x} x^{4} + \frac{42 e^{x}}{x}$ 中的因式重新排序。

$243 x^{8} - 252 x^{3} e^{x} - 72 x^{3} - \frac{42 e^{x}}{x^{2}} - 63 x^{4} e^{x} + \frac{42 e^{x}}{x}$

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